一种无电解电容永磁同步电机的无感控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无电解电容永磁同步电机的无感控制方法及系统，涉及电机无感控制领域，包括：基于永磁同步电机的数学模型设计磁链观测器，观测器的输入为定子电压

【技术实现步骤摘要】
一种无电解电容永磁同步电机的无感控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电机无感控制
，特别是涉及一种无电解电容永磁同步电机的无感控制方法及系统
。

技术介绍

[0002][0003]永磁同步电机驱动系统一般由整流器
、
功率因数校正电路
、
电解电容
、
逆变器等部分组成，其中电解电容的主要作用是储存网侧能量和稳定直流母线电压
。
但是电解电容的寿命易受环境温度的影响，环境温度变化大就容易导致电解电容寿命缩短，进而使驱动系统出现故障
。
此外功率因数校正电路的加入会增加系统的成本和损耗
。
[0004]相较于电解电容，薄膜电容具有寿命更长
、
可长时间存储等优势
。
采用小容值薄膜电容替代大容值电解电容，能有效延长驱动系统的工作寿命
。
同时，小容值薄膜电容由于储能能力较低，导致母线电压出现大幅波动，母线电压的波动会使网侧二极管整流器导通角增大，有助于改善网侧功率因数，进而可以省去功率因数电路
。
这种系统即称为无电解电容永磁同步电机驱动系统
。
[0005]在永磁同步电机的矢量控制中，坐标变换
、
构建转速闭环等环节是不可或缺的，因而转子位置与转速的检测成为矢量控制实现的关键环节
。
通常情况下，需要在转子轴端安装机械位置传感器以获取转子信息，但是机械位置传感器的安装会使系统成本增加
、
体积增大
。
并且机械位置传感器受恶劣运行工况的影响比较大，在一些受到外界条件制约的场合并不便于使用
。
因此，无位置传感器控制技术成为当今电机驱动控制领域的研究热点
。
所谓无感控制，就是利用电机绕组中电压
、
电流等可测量的物理量实现对转子位置和转速信息的观测，从而取消位置传感器，实现高性能控制
。
[0006]然而，在无电解电容永磁同步电机驱动系统中，小容值的薄膜电容使得母线电压出现大幅度波动，进而向驱动系统中引入了大量额外频次的谐波
。
这些谐波存在于电机的电压
、
电流中，导致反电势和磁链中同样会出现对应频次的谐波
。
由于无感控制需要借助反电势或磁链提取转子信息，所以各频次谐波的引入会使转子位置估计出现较大误差，进而导致无感控制性能恶化
。
现有的研究中大多针对传统电解电容永磁同步电机驱动系统设计无感控制策略及谐波抑制方法，但是这些方法在无电解电容系统中的应用存在一定的局限性
。

技术实现思路

[0007]为了解决无电解电容永磁同步电机驱动系统中磁链谐波含量高及无感控制性能较差的问题，本专利技术提供了一种无电解电容永磁同步电机的无感控制方法及系统
。
[0008]本专利技术提供一种无电解电容永磁同步电机的无感控制方法，包括以下步骤：
[0009]采集电机转速环
PI
控制器输出的电磁转矩给定值，并对电磁转矩给定值进行调制，获得
q
轴系的电流给定值，同时通过弱磁控制获得
d
轴系的电流给定值；
[0010]对实时采集的电机三相电流进行坐标变换，得到
αβ
轴系及
dq
轴系的电流实际值；
[0011]基于
q
轴系的电流给定值
、d
轴系的电流给定值和
dq
轴系的电流实际值，利用
dq
轴系电流环
PI
控制获得
dq
轴系的电压给定值；
[0012]对
dq
轴系的电压给定值进行坐标变换，得到
αβ
轴系电压给定值，并将
αβ
轴系电压给定值输入至
SVPWM
调制模块，生成用于电机控制的三相逆变器驱动信号；
[0013]将
αβ
轴系的电压给定值和电流给定值输入磁链观测器，计算得到
αβ
轴系磁链的实际值；
[0014]将
αβ
轴系磁链的实际值输入至复合降阶准谐振滤波器中，得到谐波含量达到设定值的
αβ
轴系的磁链观测值；
[0015]利用正交锁相环提取
αβ
轴系的磁链观测值中的转子位置和转速信息，通过转速信息构建转速闭环控制，通过转子位置实施坐标变换
。
[0016]优选地，所述将
αβ
轴系的电压给定值和电流给定值输入磁链观测器，计算得到
αβ
轴系磁链的实际值，包括以下步骤：
[0017]通过
dq
轴电流环和坐标变换得到
αβ
轴电压给定值，对电机三相电流进行坐标变换得到
αβ
轴电流给定值；
[0018]根据
αβ
轴系的电压
、
电流给定值计算得到
αβ
轴磁链的实际值
。
[0019]优选地，所述
αβ
轴磁链的实际值如下所示：
[0020][0021]式中，
ψ
α
、
ψ
β
为
αβ
轴系磁链的实际值，
u
α
、u
β
为
αβ
轴系的电压，
i
α
、i
β
为
αβ
轴系的电流，
Δ
L
＝
L
q
‑
L
d
，
L
d
、L
q
为
dq
轴系的电感，
R
s
为定子电阻，
ω
e
为电机的电角速度，
s
为连续域的拉普拉斯算子，
k
为比例反馈控制器的参数，为
αβ
轴系磁链估计误差
。
[0022]优选地，所述将
αβ
轴系磁链的实际值输入至复合降阶准谐振滤波器中，得到谐波含量达到设定值的
αβ
轴系的磁链观测值，包括以下步骤：
[0023]通过理论分析得到磁链中的基波频率为谐波分量频率主要为和其中，
ω
g
表示网侧电压的频率，表示电机电角速度的观测值；
[0024]基于一阶降阶准谐振控制器的结构，设计中心频率分别为基于一阶降阶准谐振控制器的结构，设计中心频率分别为的降阶准谐振滤波器；
[0025]将三个滤波器级联构建复合降阶准谐振滤波器；
[0026]将磁链实际值输入复合降阶准谐振滤波器中，获得磁链观测值
。
[0027]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种无电解电容永磁同步电机的无感控制方法，其特征在于，包括以下步骤：采集电机转速环
PI
控制器输出的电磁转矩给定值，并对电磁转矩给定值进行调制，获得
q
轴系的电流给定值，同时通过弱磁控制获得
d
轴系的电流给定值；对实时采集的电机三相电流进行坐标变换，得到
dq
轴系的电流实际值；基于
q
轴系的电流给定值
、d
轴系的电流给定值和
dq
轴系的电流实际值，利用
dq
轴系电流环
PI
控制获得
dq
轴系的电压给定值；对
dq
轴系的电压给定值进行坐标变换，得到
αβ
轴系电压给定值，并将
αβ
轴系电压给定值输入至
SVPWM
调制模块，生成用于电机控制的三相逆变器驱动信号；将
αβ
轴系的电压给定值和电流给定值输入磁链观测器，计算得到
αβ
轴系磁链的实际值；将
αβ
轴系磁链的实际值输入至复合降阶准谐振滤波器中，得到谐波含量达到设定值的
αβ
轴系的磁链观测值；利用正交锁相环提取
αβ
轴系的磁链观测值中的转子位置和转速信息，通过转速信息构建转速闭环控制，通过转子位置实施坐标变换
。2.
如权利要求1所述的一种无电解电容永磁同步电机的无感控制方法，其特征在于，所述将
αβ
轴系的电压给定值和电流给定值输入磁链观测器，计算得到
αβ
轴系磁链的实际值，包括以下步骤：通过
dq
轴电流环和坐标变换得到
αβ
轴电压给定值，对电机三相电流进行坐标变换得到
αβ
轴电流给定值；根据
αβ
轴系的电压
、
电流给定值计算得到
αβ
轴磁链的实际值
。3.
如权利要求2所述的一种无电解电容永磁同步电机的无感控制方法，其特征在于，所述
αβ
轴磁链的实际值如下所示：式中，
ψ
α
、
ψ
β
为
αβ
轴系磁链的实际值，
u
α
、u
β
为
αβ
轴系的电压，
i
α
、i
β
为
αβ
轴系的电流，
Δ
L
＝
L
q
‑
L
d
，
L
d
、L
q
为
dq
轴系的电感，
R
s
为定子电阻，
ω
e
为电机的电角速度，
s
为连续域的拉普拉斯算子，
k
为比例反馈控制器的参数，为
αβ
轴系磁链估计误差
。4.
如权利要求3所述的一种无电解电容永磁同步电机的无感控制方法，其特征在于，所述将
αβ
轴系磁链的实际值输入至复合降阶准谐振滤波器中，得到谐波含量达到设定值的
αβ
轴系的磁链观测值，包括以下步骤：通过理论分析得到磁链中的基波频率为谐波分量频率主要为和其中，
ω
g
表示网侧电压的频率，表示电机电角速度的观测值；基于一阶降阶准谐振控制器的结构，设计中心频率分别为基于一阶降阶准谐振控制器的结构，设计中心频率分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁文，霍鲁杰，陈硕，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：